体温过低的大脑变化：猪的表面 - 与核心冷却

斯蒂格Morten Hammersborg^1,2,保罗Husby^1,2，英格尔莫利^{3,4 *}和同伴Kårelilleng^3,4.

¹麻醉和重症监护部门，挪威海尔德兰大学医院

²挪威卑尔根大学临床科学系

^3.挪威卑尔根大学临床医学系Gade病理实验室

⁴挪威卑尔根5021豪克兰大学医院病理科

*通信地址:Inge Morild, Gade实验室病理，临床医学系，挪威卑尔根大学，Tel: +47 55 97 25 60;传真:+ 4755975139;电子邮件:inge.morild@uib.no;inge.morild@helse-bergen.no

日期：提交:2017年10月25日;批准:2017年10月30日;发布：2017年10月31日

如何引用本文：Hammersborg Sm，Husby P，Monild I，Lilleng PK。体温过低的脑部变化：猪的表面与核心冷却。J法医SCI RES。2017年;1：092-097。
DOI：10.29328 / journal.jfsr.1001011

版权：©2017 Hammersborg SM等。这是一篇在知识共享署名金博宝app体育许可下发布的开放存取的文章，它允许在任何媒体上无限制地使用、传播和复制，只要原始作品被适当地引用。

关键词:低温;表面冷却;核心冷却;猪;组织病理学;无菌脑膜炎;脑微透析

50多年前在临床实践中引入了体温过低的过程，作为开放心脏手术期间的神经保护剂，以使程序能够延长缺血的潜力。在过去的十年中，这已被重新介绍心肌梗死后心脏骤停的治疗方案，并在处理中风。诱导温和的体温过低（34-35°C），有助于改善这些条件的结果。体温过低减缓细胞新陈代谢，需氧量，并保留细胞能级[1,2]。此外，体温过低有能力调节异常细胞自由基生产，并通过在早期缺血期间通过保存膜完整性，离子泵和线粒体功能来防止细胞内酸中毒。类似地，体温过低在再灌注期间调节坏死，凋亡和炎症途径[3]。

尽管有这些积极的、保存组织的作用，低温也有一些不良的副作用。低温增加液体外渗[4,5]，从而导致血浆体积收缩、血浓度升高和血管内细胞聚集，从而导致微血管淤滞、血管周水肿、低灌注和最终组织缺血[6,7]。

在以前的一项研究中，通过不同的冷却技术将猪冷却到深度、稳定、延长的低温，我们观察到血浆体积、血液浓度降低，液体和蛋白质外渗显著增加，这与冷却技术无关。渗出液类似全血浆，导致组织水肿，影响许多重要器官。我们假设炎症机制可能参与了在低温[8]期间微血管通透性的增加。基于我们之前的研究结果，本研究旨在研究低温对猪器官可能的形态学影响。

研究了十四家未成熟的家禽（挪威Landrace Norhybrid，Stend Afferional College，挪威）。动物的处理符合挪威动物研究机构给出的建议。在实验前12小时撤回食物，而水始终提供水。

将动物随机分为s组(表面冷却)和c组(核心冷却)。此外，两只正常饲养的猪作为对照组进行组织病理学研究。药物和麻醉包括测量通气，温度，血压，心率，以及实验前和实验期间的手术准备都被详细描述了[8]。两组动物均将换热导管插入下腔静脉，c组用于血管内核心冷却和维持稳定低温，而s组导管保持灭活。两组前5只动物的颅内压(ICP)和脑代谢，重点是大脑葡萄糖、乳酸、丙酮酸和甘油浓度的变化，通过猪颅骨上的小孔测量脑导管，硬脑膜切开行手术热疗，骨缺损用骨蜡(Ethicon bone wax, W810, Johnson & Johnson公司，Lot: XJ5BKKC, 2011-12)。心率由体表心电图电极测定。通过右股动脉、静脉和肺动脉的血管内导管持续监测全身动脉压力和中心静脉压力。腹部皮肤划痕及暴露于骨蜡的划痕，检查蜡的过敏或炎症作用。

外科手术后，将猪置于常温稳定状态60分钟，然后开始冷却。s组的猪被盖上防水毯子并置于冰泥中(温度为0-0.5ºC)。当核心温度接近29.0ºC时，冷却程序终止，动物移至室温并稳定下来。在c组的猪中，通过与冷却机(cool Guard®2050型研究机，Alsius Corporation, Canada, USA)连接的热交换导管进行中央冷却。冷却导管灌注温度为0.5-2.0ºC的醋酸林格溶液，初始冷却速率与冰泥表面冷却速率相似。实验结束时静脉注射饱和氯化钾溶液20 ml处死动物。

组织样本及制备

死后，进行尸检;从所有器官和腹部皮肤中采集组织样本，其中骨蜡被用于划痕。大脑被切除，所有组织在4%甲醛中固定。脑组织取自双侧前极、基底节区中心区、双枕叶、小脑(包括蚓部)及脑桥。石蜡包埋，切成3μm厚的切片，苏木精和伊红染色。脑组织标本用luxol fast blue染色，PAS和革兰氏染色，免疫组化。包括两位病理学家在内的所有作者都对切片进行了显微镜检查。

统计数据

通过使用SPSS版本13.0 for Windows来分析数据。重复测量与一个分组变量的差异分析用于测试不同时间的结果变量的关系。当发现群体之间的显着性时，进行后HOC T检验，以在冷却前60分钟和冷却后的180分钟进行比较（即240分钟）。显着性水平定义为P <0.05。根据比较数进行调整p值。估计所有数据的平均值和标准偏差（SD）。

研究组的动物与年龄相当：75.0（10.6）和76.4天（14.3）天;重量：24.9（2.3）和25.1（3.9）千克;和性别：M / F：3/5和4/3;S型与C集团分别。在开始冷却后不久，两种研究组在体内核心温度同样下降。除了从冰污泥中除去S-基团的动物后，随后在核心温度下降，导致温度较低（25.9（0.6））与C组（27.9（0.4）℃），在低温期结束时。在整个贫体时段中，两个组的平均动脉压（MAP）和脑灌注压力（CPP）降低。注意到组差异之间没有显着。在每组的前五个实验中进行脑微透析。 Lactate/Pyruvate ratio (L/P-ratio) and cerebral glycerol concentration remained within normal range during the study. Cerebral glucose concentration decreased significantly in the S-group, but not in the C-group. The C-group values tended, however, to stay below the S-group values at most time intervals studied.

组织病理学研究

在被冰泥冷却的7头猪中，有5头发现中性粒细胞浸润，在7头核心冷却的猪中有1头发现中性粒细胞浸润。粒细胞见于蛛网膜、血管、血管壁，三例也见于皮层(图1,2)。PAS染色未见真菌，革兰氏染色未见细菌。浸润处未见淋巴细胞或浆细胞(免疫组化)。结果仅局限于大脑，穿孔区、沿icp导管通道、小脑及脑桥未见浸润。暴露在骨蜡下的腹部皮肤划痕没有炎症迹象。除肺部普遍充血外，其他器官未发现病变。对照猪没有组织病理学发现。

低温保存器官的作用与其减缓细胞代谢的能力有关，在维持细胞ATP能量水平的同时降低氧气需求[2,3]。在缺血事件后再灌注过程中，可能调节代谢、异常细胞自由基产生的机制以及促进细胞损伤/细胞死亡的途径已被描述[3]。

临床实践中使用过暑温度，几十年来实现与组织和器官缺血风险相关的外科手术。在最近的时间内，在心肌梗死后处理心脏受害者的“治疗低温”中已经重新介绍了临床实践[9]。其使用显着促进了改善结果。由于其降低颅内压力和推定的神经保护作用，也提出了治疗性体温量并提出了严重的创伤性脑损伤和中风的情况下提出[10-13]。在后两种条件下，治疗体温过低的使用仍然不确定。

尽管低温疗法有一些有利的特性，但由于一些不良的副作用，它的使用受到限制。体温过低导致微血管通透性增加，导致液体和蛋白质从血管内转移到组织间室，形成组织水肿，偶尔导致心脏、肺和胃肠器官功能障碍[5,6,14]。在本研究中，实验期间不给液体。这种模拟意外低温的策略的后果是明显的血浓度、血管内细胞聚集、血管周围水肿和微循环恶化，最后出现缺血。这些变化不仅与低体温持续时间有关，而且与体温水平[6]有关。这可能解释了为什么表面冷却的猪比中央冷却的猪更容易观察到组织病理学变化。Endrich等人[8]所述，在表面冷却的猪中，外壳温度降至5°C以下，可能导致近冰点冷损伤，内皮破坏和类似缺血/再灌注损伤的超微结构变化。

在早期[8]研究中观察到的水和蛋白质外溢的增加，其组成类似于全血浆，这导致了一个问题:是否与炎症机制有关?在这次评估中，我们发现了大脑中显著的变化。在用冰泥深度低温冷却的5头猪(s组)和用血管内冷却导管冷却的1头猪(c组)的大脑中有中性粒细胞浸润。没有发现真菌和细菌。

分析包括地图和CPP的血液动力学参数，可以在表面冷却基团的动物中至少在实验的最后一段期间解释可能的低血压。Haugen等人。[15]，当在低温（28℃）心肺旁路期间，当映射下降低于40mmHg和低于30mmHg的CPP时，发现生化和形态学变化一致。然而，在本研究中，L / p比仍然在正常范围内。因此，低钠灌注可能不太可能。从脑微透明酸盐获得的低脑甘油浓度进一步支持足够的灌注与维持的脑细胞完整性。最后，检查大脑中的组织病理学发现不仅存在于表面冷却的动物中，而且存在于具有更高图谱和CPP值的核心冷却猪中。用于产生高能量磷酸盐的基材的耗尽引发了导致神经元死亡的代谢事件的级联[16]。在我们研究中，正常乳酸/丙酮酸比和甘油浓度使得适当的葡萄糖供应合理。我们实验中的国内猪的正常S葡萄糖浓度为4.6mmol / L，其范围为2.6至6.5mmol / L [17]。

灶性粒细胞浸润多见于表面冷却猪的大脑，见于大脑两侧半球。我们的结果与其他文献[18,19]形成了对比，在这些文献中，小/新生仔猪在冷却和轻度低温后的大脑中没有这种组织病理学变化。其他研究人员关注了轻度低温[20]诱导的脑炎症中粒细胞浸润的减少。在我们的下一个项目中，我们将专注于深度低温下的微血管灌注和随后的猪脑炎症过程。此外，我们希望研究死于体温过低的人类大脑中可能存在的炎症。